文献综述

1 CO₂捕集技术研究进展

最近，减少温室气体排放已经成为全球一个极其紧迫的任务。根据来自政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报道，全球主要的温室气体有二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟烃、全氟碳、六氟化硫等^[1]，其中CO₂对温室效应的贡献达60 %以上而被认为是一种最主要的温室气体^[2,3]。所以从原始天然气、烟道气、化石燃料氢化产物中捕集或脱除CO₂，以及在密闭环境(如宇宙空间站、潜艇等)中分离出CO₂具有重要的意义。

CO₂捕集技术可分为CO₂捕集与封存技术(CCS)和大气CO₂捕集技术。CCS是指将燃料燃烧过程中产生的CO₂捕集起来后长期封存于油气田、海洋等地方，以避免其进入大气引起气候变化的一种技术^[4]。CCS主要应用于大型固定的CO₂排放点，如火力发电厂等。大气CO₂捕集技术即直接从大气中捕集CO₂的技术。它可以捕集CCS捕集不了的CO₂。

当前最广泛的CO₂吸收方法大致可分为溶剂吸收、固体吸附剂吸附和膜分离三大类。其中溶剂吸收法已经具备了一定的工业规模，可分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法。但该技术需使用大型设备，能耗较高，其所用的吸收剂主要为胺基溶剂，对设备有腐蚀性，且过程运行中氧化降解现象也较为严重^[1]。吸附法是指利用固态吸附剂如活性炭、天然沸石和分子筛等对原料混合气中CO₂的选择性和可逆吸附作用来分离吸收CO₂的。吸附法分离利用了吸附体和被吸附物质之间的范德华力，其吸附能力大小主要取决于吸附体的表面积以及操作的压(温)差，所以吸附法可分为变压吸附法(PSA)和变温吸附法(TSA)两类。膜分离法是基于混合气体中CO₂与其他组分透过膜材料的速率不同而实现气体的分离，该方法成本低、设备小、能耗低、操作弹性大，是目前发展迅速的气体分离技术。传统的CO₂分离聚合物膜主要包括聚酰亚胺膜、有机硅聚合物膜、聚砜膜、醋酸纤维素膜等，但普通固体聚合物膜分离CO₂的渗透通量和选择性无法突破”Robeson上限”，即很难同时获得具有高选择性和高渗透性的膜材料。

2 支撑液膜分离技术介绍

2.1 支撑液膜简介

利用膜对物质进行分离和浓缩，在废水处理^[5]和气体分离净化^[6]等方面得到广泛应用。其中液膜分离技术具有显著的特点，如：萃取与反萃取可以同时进行、既可用于分离也可用于浓缩、传递速率得到明显提高、可使物质从低浓度向高浓度扩散等，自面世以来，引起了许多科研工作者的研究热情^[7]。

根据液膜构成不同，可将其分为三类：(1) 整体液膜(Bulk liquid membrane)，(2) 支撑液膜(Supported liquid membrane)，又叫支持液膜，(3) 乳化液膜(Emulsion liquid membrane)。

支撑液膜(以下简称SLM)是将多孔惰性基膜(支撑体)浸在溶解有载体的膜溶剂之中，在表面张力的作用下，膜溶剂充满微孔从而形成SLM。相比于高分子固体分离膜，支撑液膜分离过程具有传质速率快、溶剂用量少、通量高萃取和反萃取在同一过程中完成、资金投入少、易于实现中试等优势，但是存在液膜相易挥发、易溶解于接触相而导致膜稳定性差、寿命相对较短等问题。